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Un equipo internacional de astrofísicos podría haber encontrado la masa faltante del universo


Alrededor de un tercio de la materia normal, es decir, hidrógeno, helio y otros elementos, creado poco después del Big Bang no se puede ver en el Universo actual. Una idea es que esta masa faltante reside en filamentos a gran escala en forma de medio intergaláctico caliente.

El medio intergaláctico caliente hace referencia a un plasma rarificado, templado, que los cosmólogos creen que existe en los espacios intergalácticos y que contiene entre el 40 y el 50% de los bariones (es decir, 'materia normal' que existe como plasma o como átomos y moléculas, en contraste con la materia oscura) en el universo en la actualidad.

Utilizando una nueva técnica, un equipo internacional de científicos del Centro de astrofísica Harvard-Smithsonian, el Observatorio Konkoly y la Universidad Eotvos ha encontrado pruebas sólidas del componente activo del Medio Intergaláctico Caliente, basado en datos del Observatorio de Rayos X Chandra de la NASA y otros telescopios.

"Si encontramos esta masa faltante, podemos resolver uno de los mayores enigmas de la astrofísica", dijo la Dra. Orsolya Kovacs, autora principal del estudio.

"¿Dónde escondió el Universo gran parte de su materia que compone cosas como las estrellas, los planetas y nosotros?"

El estudio
El Dr. Kovacs y sus colegas utilizaron el Observatorio de rayos X Chandra para buscar y estudiar los filamentos de gas caliente que se encuentran en el camino hacia un quásar, una fuente brillante de rayos X alimentada por un agujero negro supermasivo de rápido crecimiento.

Este quásar, llamado H1821 + 643, está ubicado a unos 3.4 mil millones de años luz de la Tierra.

Si el componente de gas caliente del WHIM está asociado con estos filamentos, el gas caliente absorbería parte de los rayos X de H1821 + 643.

Por lo tanto, los astrofísicos buscaron una firma de gas caliente impresa en la luz de rayos X del quasar detectada por Chandra.

Uno de los desafíos de este método es que la señal de absorción por el Medio Intergaláctico Caliente es débil en comparación con la cantidad total de rayos X que proviene del quásar. Cuando se busca todo el espectro de rayos X en diferentes longitudes de onda, es difícil distinguir tales características de absorción débil de fluctuaciones aleatorias.

El Dr. Kovacs y sus coautores superaron este problema al centrar su búsqueda únicamente en ciertas partes del espectro de luz de rayos X, lo que reduce la probabilidad de falsos positivos.

Lo hicieron identificando primero las galaxias cercanas a la línea de visión de H1821 + 643, que están ubicadas a la misma distancia de la Tierra que las regiones de gas caliente detectadas a partir de datos ultravioletas. Con esta técnica identificaron 17 posibles filamentos entre el quásar y nosotros en la Tierra, y obtuvieron las distancias.

Debido a la expansión del Universo, que estira la luz a medida que viaja, cualquier absorción de rayos X por la materia en estos filamentos se desplazará a longitudes de onda más rojas. Las cantidades del desplazamiento al rojo dependen de las distancias conocidas al filamento, por lo que el equipo sabía dónde buscar en el espectro para la absorción del Medio intergaláctico caliente.

Mientras que reducir esfuerzos en la búsqueda ayudó, los científicos también tuvieron que superar el problema de la débil absorción de rayos X. Por lo tanto, aumentaron la señal al agregar espectros de 17 filamentos, convirtiendo una observación de 5.5 días en el equivalente de casi 100 días de datos.

Con esta técnica, detectaron oxígeno con características que sugieren que encontraba en un gas con una temperatura de alrededor de un millón de Kelvin.

Conclusiones
“Al extrapolar estas observaciones de oxígeno en el conjunto completo de elementos, y de la región observada del universo local, podemos explicar la cantidad completa de materia faltante. Al menos en este caso particular, la materia faltante se había escondido en el Medio intergaláctico caliente", dijeron los investigadores.

"Estábamos encantados de haber podido rastrear parte de esta materia faltante", dijo el Dr. Randall Smith, también del Centro de Astrofísica Harvard-Smithsonian.

"En el futuro, podemos aplicar este mismo método a otros datos de cuásares para confirmar si en realidad este misterio de larga data por fin se ha resquebrajado".

Referencia del documento científico:
Orsolya E. Kovacs et al. (2019). Detección de bariones faltantes en la línea de visión de H1821 + 643. The Astrophysical Journal, Volumen 872, número 1; DOI: 10.3847/1538-4357/aaef78

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